Около 90% информации человек получает при помощи органов зрения, примерно 9% — при помощи органов слуха и 1% при помощи остальных органов чувств. Еще в старину на Руси говорили, что лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать. Поэтому понятно стремление человека получать информацию не столько в аудиальном, сколько в визуальном формате. Современные системы безопасности с использованием камер видеонаблюдения помогают успешно решать эту задачу.
М.В. Бялыи
Генеральный директор 000 "Актив-СБ"
Одно дело вести архив видеозаписей непосредственно на объекте, и совсем другое — организовать наблюдение за происходящим в режиме реального времени на контролируемом пункте, находящемся за тысячи километров от вас. Сделать это нетрудно, если соблюсти выполнение нескольких условий. Самое главное — объект должен быть соединен с "внешним миром" вычислительной сетью, которая начинается разъемом RG-45, подключаемым к вашему источнику видеотрансляции (сетевой регистратор или сервер, система на базе ПК или IP-видеокамера), и продолжается витой парой (UTP, FTP), плавно переходящей в оптико-волоконную линию, соединяющую "моря и континенты". Возможны варианты, когда используется только оптоволокно и соответствующие приемопередатчики. Такой канал связи позволяет передавать информацию со скоростью до 1 Гбит/с, чего вполне достаточно для трансляции изображения как минимум с сотни камер. И даже если пропускная способность канала будет равна 10 Мбит/с или даже 1 Мбит/с, уж несколько камер через него "протянуть" можно. Нет выделенной сети? Не проблема, если есть подведенные телефонные провода. Подключаем ADSL-модем (Asymmetric Digital Subscriber Line — асимметричная цифровая абонентская линия — модемная технология, превращающая стандартные телефонные аналоговые линии в линии высокоскоростного доступа) и получаем скорость от 1,5 до 6 Мбит/с. Ниже (табл. 1), приведены технические параметры различных технологий семейства xDSL.
К недостаткам xDSL-технологий можно отнести следующее: зависимость передачи от качества и длины линий, высокие затраты на монтаж и обслуживание, а также стоимость самого оборудования, устанавливаемая провайдером.
Но что делать, если у нас на объекте нет ни торчащего провода с RG-45, ни телефонной линии, а получать картинку с объекта хочется? Начнем с беспроводных сетей или, говоря языком юзеров, с Wi-Fi (англ. Wireless Fidelity — "беспроводная точность" — стандарт на оборудование Wireless LAN на базе стандартов IEEE 802.11).
Технология Wi-Fi позволяет достичь нам скорости передачи данных в 100 Мбит/с, но... Но это при условии, что рядом есть провайдер, готовый оказать вам такую услугу, и вы у него единственный клиент. "А где мне его найти? — спросите вы, — если рядом с карьером, за которым я хочу наблюдать, не то что провайдера, даже дороги нормальной-то нет". Можете попробовать организовать беспроводную линию сами, но при этом стоит помнить, что в России использование Wi-Fi без разрешения Государственной комиссии по радиочастотам (ГКРЧ) возможно исключительно для создания сети внутри зданий, закрытых складских помещений и производственных территорий. Не требуется разрешения на пользовательское (оконечное) оборудование радиодоступа (беспроводного доступа) в полосе радиочастот 2400—2483,5 МГц с мощностью излучения передающих устройств до 100 мВт включительно. К слову, 100 мВт — это дальность передачи примерно 250 м (при условии прямой видимости), а этого ой как недостаточно для запланированной нами многокилометровой "трассы". Но даже если вы прошли путь многочисленных согласований и развернули собственную беспроводную сеть, вам следует помнить, что к недостаткам Wi-Fi относится непредсказуемость качества медийного потока, обусловленная возможностью потерь при передаче данных, вызываемых целым рядом факторов: атмосферными помехами, особенностями ландшафта и т.п.
К другим способам связи с удаленными объектами относятся доступ через линии электропередач (Power line communication), спутниковый Интернет или даже такой экзотический вид, как атмосферная оптическая линия связи (FSO-технология).
Технология Power line communication (PLC) включает в себя BPL (англ. Broadband over Power Lines — широкополосная передача через линии электропередачи), обеспечивающий передачу данных со скоростью более 1 Мбит/с, и NPL (англ. Narrowband over Power Lines — узкополосная передача через линии электропередач) с намного меньшими скоростями передачи данных.
Преимущества BPL по сравнению с Wi-Fi:
К недостаткам PLC можно отнести то, что на стабильность и скорость работы PLC влияет качество выполнения электропроводки, наличие стыков из разных материалов (например, медного и алюминиевого проводника), а также просто количество соединений проводника; технология не работает через сетевые фильтры и ИБП. Неясны также правовые аспекты использования данной технологии в Российской Федерации.
Этот вариант доступа к сети Интернет основан на использовании технологий спутниковой связи. Существует два способа обмена данными через спутник: односторонний (one-way)3 и двухсторонний (two-way)4. Типичная абонентская станция с антенной 1,2—1,8 м и передатчиком 2—4 Вт способна "поднять" при двухстороннем обмене до 1,5 Мбит/с.
Достоинства спутниковой связи:
К недостаткам спутниковой связи можно отнести:
Технология FSO5 использует атмосферу в качестве среды передачи светового излучения и позволяет передать потоки данных на расстояние до 10 км при скорости от 2 до 1250 Мбит/с. Расстояние и скорость передачи сильно зависят от атмосферных условий. FSO используется там, где затруднено физическое соединение, например в крупных городах (прокладка оптоволоконного кабеля стоит дорого). Кроме того, эта технология применяется для поддержания связи между космическими аппаратами, поскольку в космическом пространстве искажения сигнала минимальны или полностью отсутствуют. В FSO обычно используются инфракрасные лазеры класса 1 или 1M, а для низкоскоростных коммуникаций на небольшие расстояния — светодиоды. В качестве приемника служат лавинные или кремниевые фотодиоды.
Наряду с малым временем инсталляции принципиальным преимуществом атмосферных оптических линий является самодостаточность. Затраты на установку единовременны, лицензионные отчисления и разрешения на применение используемых по этой технологии частот не требуются. Срок службы устройств определяется, в основном, характеристиками лазера (до 20 лет и более). При желании можно обойтись даже без "выхода" на крышу или стену — оптический терминал легко установить с внутренней стороны окна, не портя внешний вид здания и не привлекая внимания прохожих и заинтересованных наблюдателей. Достаточно узкие лучи света дают возможность обойти ограничения, свойственные радиочастотным системам, и компактно разместить несколько приемопередающих терминалов, не сталкиваясь с проблемами электромагнитной совместимости. Недостатки FSO сводятся, в сущности, к относительно высокой цене, все еще сдерживающей применение этой технологии на коротких линиях, и относительно низкой надежности связи на длинных линиях, где влияние погодных факторов особенно заметно (зато цена из расчета на километр расстояния становится приемлемой).
Как мы видим, все беспроводные решения, имеют ряд территориальных, экономических или административных ограничений. Существуют ли технологии с большей зоной охвата и свободным доступом? Ну, конечно же. Это сотовая связь.
На сегодняшний день существует 6 основных поколений мобильных сетей. Их характеристики представлены в табл.2.
Этот стандарт стал самым популярным стандартом сотовой связи второго поколения. Аббревиатура GSM расшифровывается как Global System for Mobile Communications. Большинство GSM-сетей функционируют на частотах от 900 до 1800 МГц. Скорость передачи данных может доходить до 270 кбит/с, но это возможность технологии, а не операторского оборудования как такового или мобильного устройства. При общении в сетях стандарта GSM за счет применения кодеков сжатия голосового потока отрезается часть вибраций, свойственных человеческой речи. Именно по этой причине голос приобретает "металлический" оттенок и теряется часть интонаций. GSM развивается. Так, в его версии Release 97 появился скоростной сервис передачи данных GPRS, а в Release 99 — еще более быстрый EDGE (он же EGPRS). Последний получил распространение начиная с 2003 года.
D-AMPS (Digital AMPS) предшествовал появлению GSM/CDMA и сейчас является частью истории. Это был первый стандарт, где появилось шифрование голосового потока. К 2010 г. все действующие сети этого стандарта в России должны быть свернуты.
CDMA (Code Division Multiple Access) — второй по популярности стандарт 2G, уступающий лишь GSM. Отличительные черты CDMA — поддержка скоростного доступа в Интернет, большая пропускная способность, лучшая защищенность от помех и взлома и лучшее качество передачи голоса. Единственный существенный для России недостаток — отсутствие сетей в наиболее распространенном частотном диапазоне. В России CDMA-оператором является "СкайЛинк".
В качестве протокола для трансляции видео по каналам сотовой связи рассмотрим наиболее подходящие по причине своей распространенности протоколы GPRS и EDGE.
Технология пакетной передачи GPRS использует в качестве механизма доставки пакетов данных протоколы TCP/IP, в случае применения которых каждому из устройств сети присваивается уникальный IP-адрес. Существует два вида IP-адресов: динамические и статические. Динамические IP-адреса выдает оператор при подсоединении к сети GPRS и только на время сеанса связи. Если по каким-либо причинам сеанс прервался, то при повторном подсоединении устройство, не имеющее статического IP-адреса, получит новый динамический адрес, отличный от предыдущего. Если устройство, в том числе модем GSM/GPRS, авторизовалось в сети и получило динамический IP-адрес, то для поддержания виртуального GPRS-канала в режиме on-line нужно через определенные временные интервалы передавать сигнальные пакеты на любой известный IP-адрес, иначе оператор разъединит соединение с сетью.
Статические IP-адреса могут предоставляться либо Интернет-провайдерами, либо операторами сотовых сетей. У операторов сотовых сетей получить такие адреса зачастую невозможно, а это существенный недостаток для развертывания систем видеонаблюдения.
Возможная скорость соединения через GPRS зависит от такой ее характеристики, как класс. Сейчас распространен GPRS-класс 10, обеспечивающий в наших сетях скорость передачи данных до и свыше 5 кбайт/с — иными словами, как мощный компьютерный модем на 56 кбит/с. Скорость передачи данных зависит не только от класса, но также от оператора и самого мобильного устройства. Если взять мобильный телефон или модем, выпущенный несколько лет назад и имеющий, скажем, GPRS-класс 6, то не стоит ожидать от него даже вменяемой скорости загрузки WAP-сайтов (но это зависит от конкретной модели, разумеется). С другой стороны, GPRS-класс 12 может дать до 120 кбит/с, но это в теории.
EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution), известный также как EGPRS (Enhanced GPRS), является более быстрым протоколом передачи данных, нежели GPRS (скорость может доходить до 236,8 кбит/с и выше). EDGE классифицируется уже не как 2G, а как 2,5G. В России он встречается далеко не везде и всесторонней поддержки еще не получил. EDGE как бы раздвигает рамки стандарта GSM, добавляя к голосовой связи быстрый мобильный Интернет, но это требует от операторов установки дополнительного оборудования, так что все население России сможет пользоваться EDGE еще не скоро.
Интересными являются результаты тестирования протоколов передачи данных GPRS и EDGE для трансляции потокового видео в сети сотового оператора стандарта GSM компании "Мегафон" (передача видео с мобильного терминала, оснащенного веб-камерой, на Интернет-сервер), проведенного в Центральном регионе7 (табл. 3).
Целью эксперимента являлось рассмотрение возможности передачи мультимедиаинформации, поэтому критичными являлись не средние, а мгновенные показатели, ведь при передаче, например, потокового видео скорость потока должна быть фиксированной и увеличение пропускной способности канала передачи сверх необходимого не ведет к улучшению качества передачи данных, в то время как даже незначительное уменьшение пропускной способности приводит не только к серьезному ухудшению качества, но зачастую совсем обрывает процесс трансляции. Из этого следует, что в настоящее время стандарт EDGE может значительно повысить среднюю скорость передачи информации (при дополнительной настройке станций оператора), однако не дает значительного выигрыша при передаче аудио- и видеопотока по причине нестабильности соединения.
Обратимся теперь к результатам тестов мобильного Интернета, проведенных в рамках проекта "Мобильный мегаполис" в 2005 г.
Целью проекта была проверка в действии и демонстрация реальных возможностей современных технологий беспроводной связи. По результатам 15 тестов мы можем позволить себе сделать некоторые выводы.
В сводной табл. 4 приведены: скорость Downlink (кбайт/с), вердикт (цвет фона: красный — отсутствие или практическое отсутствие связи, желтый —худшие значения), использование технологии EDGE (цвет букв), использование схем кодирования CS3/CS4 (цвет букв).
Выводы, сделанные по результатам тестирования:
Посмотрим, в каком виде мы можем получать информацию с объекта, используя каналы сотовой связи:
ММS на телефон
Стабильность работы M MS-службы можно оценить по тестам сотового телефона MMS-сервиса столичных GSM-операторов, проведенного "Мобильным форумом"11 (табл. 5). Суть теста: одна и та же фотография размером 20 кбайт посылалась с телефона Siemens C65 на телефон Motorola C380. Засекалось время в секундах между нажатием кнопки "отправить" на Siemens С65 и сигналом о приеме нового MMS на Motorola C380. Уточним, что на Motorola осуществлялся прием именно MMS, а не SMS с оповещением, так что в измеряемое время входит и время отсылки картинки в MMS-центр, и время обработки сообщения оператором, и время загрузки картинки в Motorola C380. Интервал между посылаемыми сообщениями — от 10 до 15 минут. Время теста — с 12:00 до 18:00 (за исключением особо оговоренных по тексту случаев), дата проведения теста — 23 и 24 сентября 2004 г.
Как видно из результатов теста, в стабильности работы MMS-сервиса иногда приходится сомневаться (хотя можно предположить, что ситуация с 2004 г. изменилась). Оборудование, используемое для отправки MMS-сообщений, чаще всего представляет собой CMOS-камеру c разрешением 0,3 Мпкс, встроенную в пластиковый или металлический корпус (в зависимости от использования вне или внутри помещения). Такая камера обычно оснащена микрофоном (или разъемом под микрофон), тревожными входами или выходами. Для съемки в темное время суток может присутствовать встроенная ИК-подсветка. MMS может отсылаться в случае срабатывания внутреннего или внешнего детектора движения или по запросу. Розничная цена на такие изделия обычно находится в диапазоне от 10 000 до 20 000 рублей. Эта же камера может отправлять вам и e-mail. Из нюансов работы с подобным оборудованием хочется отметить сложности настройки некоторых неадаптированных к российским реалиям азиатских моделей. С электронной почтой могут работать и некоторые модели серийно выпускаемых видеорегистраторов. Для этого они должны иметь встроенный GSM/GPRS модуль и соответствующую функцию отправки сообщений. Отсылка JPG-картинок возможна по запросу через SMS или по таймеру. Преимущества регистратора перед MMS-камерами - наличие собственного архива, возможность подключения всех типов внешних камер, в том числе приспособленных для скрытой установки (возможна скрытая установка и самого регистратора), что значительно повышает степень защищенности и расширяет сферы применения данного оборудования. Просмотр электронной почты возможен почти на всех современных телефонах, так что решение использования e-mail достаточно удобное и мобильное. Стоимость 2-канального регистратора с поддержкой SD-карт и GSM-модулем — около 12 000 рублей.
Запись изображения на FTP-сервер
Отправить единичную картинку на FTP-сервер достаточно легко. В качестве FTP-сервера можно использовать свой компьютер с внешним статичным IP-адресом. Однако для того чтобы просматривать серию изображений, необходимо установить на сервер специальное ПО. Просматривать архив видеоданных возможно как с ПК, так и с мобильного телефона, используя WAP-сервер. Розничные цены за оборудование начинаются от 10 000 руб.
Поток видео в реальном времени
Организация живого потока видеоизображения, получаемого с объекта -это самый актуальный вариант, но вместе с тем и самый технически сложный. Не так много существует регистраторов, способных работать с низким битрейтом12. Обычно нижний предел установки составляет 512 кбит/с, а мы уже убедились, что мобильные сети второго поколения такую скорость не поддерживают. Даже если имеются регистраторы с более низким битрейтом, то мы натыкаемся на проблему получения статичного IP-адреса у российских GSM-операто-ров сотовой связи (у "СкайЛинка" эта опция доступна), а это обязательный атрибут для доступа к регистратору из любой внешней сети. Правда, существуют решения типа "Офис в кармане". Суть этой услуги состоит в следующем: каждый корпоративный клиент получает для своей группы пользователей отдельный код доступа APN, который определяет настройки виртуальной подсети клиента в рамках GSM-сети. Клиенту выделяется пул внутренних IP-адресов GSM-сети. По выбору клиента абонентским номерам могут быть присвоены либо динамические, либо статические IP-адреса. При подключении виртуальным каналом по протоколам L2TP или GRE возможно присвоение абонентским номерам собственных внешних IP-адресов клиента, то есть фактически это некий GSM-удлинитель вашей локальной сети.
Обладая статичным IP-адресом, вы можете подключиться к существующему оборудованию на объекте через LAN-разъем с помощью GSM или CDMA-роу-тера либо мобильного терминала. Ниже приведен перечень необходимого оборудования для организации мобильного видеонаблюдения, указанного на сайте ведущего российского CDMA-оператора:
Ориентировочная цена на устройства коммутации (без стоимости оборудования видеонаблюдения) - 8000— 10 000 рублей.
Одним из самых удобных и распространенных решений передачи живого видео по сотовой связи являются GSM-или CDMA-камеры со встроенным Web-сервером. Это могут быть камеры как для внутренней, так и для внешней установки, иногда с разъемом под карты памяти и интерфейсом RS-485/RS-232 для подключения поворотных и других исполнительных устройств с набором тревожных входов и выходов. Видео или отдельные изображения с таких камер можно просматривать на персональном компьютере или наладоннике, а можно пересылать на FTP-сервер и/или электронную почту. Минимальная розничная цена на подобные устройства — 15 000 рублей, но проверенное и безотказное решение обойдется в сумму в 1,5 или в 2 раза большую. Для того чтобы понять, какое качество видеоизображения мы получим, обратимся к техническим характеристикам одной из GSM-камер, использующих стандарт MPEG-4, и увидим, что средняя скорость передачи данных при разрешении CIF 352х288 в 1 кадр/с дает поток около 40 кбит/с13. Отсюда вывод — для передачи изображения более высокого качества скорость необходимо уменьшать до 1 кадра в несколько секунд.
Технологии CSD
Для передачи данных в сети GSM иногда используют технологии CSD (Circuit Switched Data), заключающиеся в передаче данных по голосовому GSM-каналу. Существующий стандарт позволяет передавать данные со скоростью 9600 бит/с. Один из отечественных производителей-первопроходцев на рынке передачи видео по GSM выбрал именно этот канал связи. Он счита- I ет, что, несмотря на более высокую скорость передачи данных, GPRS не будет широко применяться, поскольку по этому каналу один абонент может подключиться не к другому абоненту, а только к сети Интернет, что требует создания промежуточного Web-сайта в сети14. GPRS-канал имеет низкий приоритет подключения в сотовой сети, и это ведет к невозможности связи в районах с ее высокой загруженностью, где основным каналом остается GSM. В итоге для передачи видео по голосовому GSM-кана-лу российским разработчикам пришлось немало потрудиться. Потребовалось подобрать специальный алгоритм видеосжатия для столь узкого канала. Им оказался дополнительно оптимизированный алгоритм H.263, способный при приемлемом качестве обеспечить по GSM среднюю скорость 2 кадр/с с одной телекамеры. Прибор для передачи видео с 2—4 камер имеет встроенный GSM-модуль. Для использования устройства вам необходимо выбрать тариф у оператора сотовой связи и приобрести один или два мобильных телефонных номера (SIM-карты), на которые открыть услугу "передача данных в канале GSM". Одна SIM-карта устанавливается в прибор на охраняемом объекте, другая — в GSM-модем (Nokia, Siemens, Wavecom), подключенный к компьютеру на приемной стороне. Если ваш телефон поддерживает технологию Bluetooth или имеет встроенный инфракрасный порт, в качестве GSM-модема можно попробовать использовать их. Также можно использовать на приемной стороне настольный компьютер с обычным телефонным факс-модемом, подключенным к городской телефонной сети. В этом случае оплата за время связи возрастет, так как звонки с городских номеров на сотовые тарифицируются дороже, и, кроме того, сотовая связь в режиме "передача данных" не всегда работает с городскими номерами. Видеоизображение можно принимать на смартфоны, но так как выбор данных устройств на российском рынке довольно-таки широк, каждую модель придется тестировать на совместимость отдельно.
Система, построенная на передаче данных по голосовому GSM-каналу, работает стабильно, но подходит далеко не всем, кто хотел бы использовать беспроводные технологии получения видеосигнала из-за ограничений в использовании обычных мобильных телефонов, высокой стоимости передачи данных и самого оборудования, сложности настройки.
Одно из первейших достоинств 3G — одновременная передача голосовых и неголосовых данных. Среди прочего, это открывает возможность для распространенной сейчас в 3G-сетях видеотелефонии. В большинстве стран технология 3G уже опробована, и производители систем видеонаблюдения начали выпуск оборудования с поддержкой данного формата. Видеорегистраторы и IP-камеры позволяют передать потоковое видео через сотовую сеть 3G и отображаться на совместимом мобильном телефоне или КПК с видеоплеером 3G. В 2008 г. крупнейшие российские операторы сотовой связи приступили к массовому развертыванию сотовых сетей третьего поколения. Географию распространения 3G можно посмотреть на рис. 3.
17 июня 2009 г. Роскомнадзор принял решение о выделении сотовым операторам "большой тройки" собственных радиочастот для развертывания 3G-сетей на территории Москвы, Московской области, а также ряда областей Центрального региона. Коммерческий запуск сетей планируется осуществить до конца 2009 г.15 В Москве исследована возможность развертывания базовых станций в метро и внутри помещений. Кроме того, частично сняты ограничения для базовых станций, размещаемых на улице за пределами стокилометровой зоны от Москвы.
В последнее время во всем мире все больше получает распространение четвертое поколение сотовой связи — WiMAX (англ. Worldwide Interoperability for Microwave Access) — телекоммуникационная технология, разработанная с целью предоставления универсальной беспроводной связи на больших расстояниях для широкого спектра устройств (от рабочих станций и портативных компьютеров до мобильных телефонов). Она основана на стандарте IEEE 802.16, который также называют Wireless MAN. WiMAX Forum. Организация-создатель WiMAX описывает ее как "основанную на стандарте технологию, предоставляющую высокоскоростной беспроводной доступ к сети, альтернативный выделенным линиям и DSL". Для соединения базовой станции с абонентской используется высокочастотный диапазон радиоволн от 1,5 до И ГГц. Для конечных пользователей скорость при широкополосном доступе может варьироваться от 1 до 5 Мбит/с в зависимости от соглашения с поставщиком услуг. Разница в скорости потока данных обуславливается определенными факторами, такими как: используемая частота, расстояние от пользователя до базовой станции или узла, видимость (прямая или NLoS16) базовой станции и количество пользователей в сети. Структура сетей семейства стандартов IEEE 802.16 схожа с традиционными GSM-сетями (базовые станции действуют на расстояниях в несколько десятков километров, для них не обязательно строить вышки — допускается установка на крышах домов при соблюдении условия прямой видимости между станциями). Сопоставления WiMAX и Wi-Fi далеко не редкость, возможно, потому, что их наименования созвучны названиям стандартов, на которых они основаны (стандарты IEEE, оба начинаются с "802."). Кроме того, обе технологии используют беспроводное соединение и используются для подключения к Интернету (каналу обмена данными). Несмотря на все это, WiMAX и Wi-Fi направлены на решение совершенно различных задач (табл. 6).
Мне думается, в ближайшее время мы с вами увидим настоящий прорыв услуг беспроводного доступа в Интернет, и это благотворно скажется не только на рынке мультимедиа, но и на рынке систем безопасности.
Источник: Каталог "CCTV"-2009